CC BY
34
the optimal fuel consumption at the optimal temperature in the inlet header. Improving structure of vehicles and operational figures of internal combustion engines is one of the preferred directions of increasing efficiency of vehicles with petrol and diesel engines. The author revealed and justified the necessity of using systems of regulation of air's parameters in the inlet header of internal combustion engine.
Keywords: fuel economy, heated air, pressure, temperature.
Bibliographic list
1. Arhangelskiy V. M. Car engines. Edited by M.S.
Hovah. second edition. - Moscow: Mechanical
Engineering, 1977.
2. Vyrubov D. N., Ivaschenko N. A., Ivin V. I. Internal combustion engines. Theory of piston engines. - Moscow: Mechanical Engineering, 1983.
3. Gerc E. V. Directory «Pneumatic devices and systems in mechanical engineering». - Moscow: Mechanical Engineering, 1981.
4. Jdanov L. S. Tutorial on Physics. - Moscow: Science, 1975.
5. Karnaukhova V. N. Conservation of fuel and energy resources in the operation of auto-mobile traffic in low-temperature catch: Dis. doctor of
technical sciences: 05.22.10 / V. N. Karnaukhov; TSOGU. - Tyumen, 2000. -275 p.
6. Karnaukhova V. N. Determination of mass air flow on cars at low temperatures and pressure / V. N. Karnaukhov // Oil and Gas in Western Siberia, the proceedings of the International Scientific and Technical Conference, Tyumen, October 17-18, 2013. Tyumen Univ TSOGU, 2013 - pp.160 - 163
7. Lenin I. M. Theory of automobile and tractor engines. - M.: High school, 1976.
8. Oblivin A. N. Basics of hydraulics and heat engineering. - Publishing House «Forest industry», 1976.
8. Oblivin A. N. Fundamentals of hydraulics and heating / A. N. Oblivin. - Publisher "Forest Industry", 1976. - 284 p.
9. Sharoglazov B. A. Internal combustion engines: theory, modeling and calculation processes / B. A. Sharoglazov, M. F. Farafontov, V. V. Klement'ev. -Chelyabinsk: Publisher SUSU, 2004. -287 p.
Карнаухова Инна Владимировна - аспирант кафедры Эксплуатация автомобильного
транспорта Тюменского государственного
нефтегазового университета (г. Тюмень). Общее количество опубликованных работ: 6. email: ikarka13@yandex.ru
УДК 621.8
МЕТОД УСТАНОВКИ ДАЛЬНОМЕРОВ НА СМЕННОЕ РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСКАВАТОРА ДЛЯ УКЛАДКИ ТРУБ
Е. Д. Комаров, А. А. Руппель
Аннотация. В статье рассмотрен метод установки четырех датчиков дальномеров на сменное рабочее оборудование - траверсу, позволяющий однозначно определить положение ранее уложенной трубы и в последствии автоматизировать процесс центрирования и стыковки труб. Определение положения ранее уложенной трубы реализовано с помощью уравнения цилиндрической поверхности и четырех точек, полученных с помощью датчиков.
Ключевые слова: укладка труб, траверса, экскаватор, сменное рабочее
оборудование, устройство центрирования,
Введение
На данный момент процесс центрирования трубы экскаватором со сменным рабочим органом относительно уложенной является трудоемким, неавтоматизированным
процессом, для которого помимо оператора экскаватора привлекается рабочий, который со дна траншеи дает информацию о положении укладываемой трубы
относительно ранее уложенной оператору. Также процесс центрирования занимает продолжительное время. Все это говорит о необходимости повышения эффективности этого процесса путем проектирования устройства центрирования, для чего необходимо решить следующие подзадачи: выбора способа очувствления, планирования траектории движения, управления
автоматизация.
экскаватора, апробирования работы устройства центрирования. В данной статье будут рассмотрены задача выбора способа очувствления и преобразования полученной с помощью датчиков информации для решения задачи планирования траектории.
Выбор способа очувствления Задача выбор способа очувствления включает в себя выбор и обоснование количества и метода установки датчиков на траверсу для укладки. Их задачей является определение положения укладываемой трубы относительно ранее уложенной. Информация с датчиков служит как для построения траектории движения экскаватора, так и в качестве обратной связи для управления его движением.
Так как для системы управления необходимы показания отклонения от ранее
уложенной трубы, для упрощения дальнейших вычислений траектории движения и управления экскаватором целесообразно расположить датчики попарно друг напротив друга над захватами траверсы для ранее уложенной трубы. Кроме того, датчики необходимо закрепить под фиксированным углом к траверсе, чтобы оператор перед включением устройства центрирования располагал траверсу так, чтобы датчики замеряли расстояние до ранее уложенной трубы. Обзор из кабины оператора позволяет располагать траверсу указанным способом без посторонней помощи, а при сложности осуществления этой задачи - с помощью вспомогательных камер, установленных на рабочем оборудовании. Описанный способ установки датчиков поясняется рисунком 1. На подобный способ установки датчиков был получен патент на полезную модель № RU 139564 U1 [1]. Предлагается использовать дальномеры с токовым аналоговым выходом 4...20мА, Balluff BOD 63M как распространенные и простые в эксплуатации, при этом обеспечивающими точность ±5 мм.
С целью определения текущей конфигурации экскаватора предлагается
установить в шарниры сочленений датчики угла наклона оборудования для последующего планирования траектории движения и определения положения необходимых точек РО в пространстве. Базовая машина и поворотная платформа, как не участвующие в процессе управления, оснащения датчиками не требует.
Предлагается использовать датчики угла наклона ИЛМ-01 производства отечественной компании Центракабельприбор, как обеспечивающие высокую точность ±1° при высокой защищенности (IP55) и невысокой цене.
Задача планирования траектории
Задача планирование траектории движения рассматривает вопросы вычисления положения узловых точек траектории движения на основании информации, получаемой с датчиков. Выбор и обоснование методики планирования в присоединенных или декартовых координатах [2]. Также в рамках планирования движения рассматриваются как прямая кинематическая задача, так и обратная. С целью сглаживания траектории движения были представлены уравнения движения в виде полиномов 3-й степени.
Рис. 1 . Схематическое изображение крепления датчиков: 1 - захват для укладываемой трубы; 2 - укладываемая труба;3 - захват для ранее уложенной трубы; 4 - ранее уложенная труба;
5 - механизм крепления к экскаватору; 6 - гидроцилиндр состыковки труб;
7,8 - Пары лазерных дальномеров
\
Планирование траектории движения может производиться как в пространстве присоединенных, так и в декартовых координатах. Для планирования в пространстве присоединенных координатах было решено задать зависимость присоединенных координат, а также их первых двух производных от времени. Планирование траектории в декартовых координатах заключается в формировании последовательности узловых точек, через
которые должен пройти РО экскаватора, преимуществом служит простота
определения положения характерных точек РО в пространстве. Так как манипуляция осуществляется вокруг ранее уложенной трубы, это имеет большое значение. Осложняется планирование в декартовых координатах необходимостью для каждой узловой точки решать обратную задачу кинематики, которая, как известно, для экскаватора имеет неоднозначное решение.
Было принято решение планировать траекторию движения в декартовых координатах, так как движение
осуществляется внутри траншеи на небольшое расстояние без препятствий на пути движения траверсы. Тогда планирование траектории можно свести к одному прямолинейному перемещению.
Исходными данными для решения этой задачи являются показания датчиков-дальномеров, расположенных на траверсы. Иными словами, задачу можно
переформулировать так: найти целевую
конфигурацию экскаватора, в котором обеспечивается сносность укладываемой и
ранее уложенной труб, на основании показаний датчиков-дальномеров. Для решения этой задачи был использован метод однородных преобразований [3] составлена расчетная схема, изображенная на рисунке 2.
Введем четыре СК - O^XdYdZ^ (i = 1...4), начало которых расположим в точках крепления дальномеров, оси Xdi направим по направлению действия лучей дальномеров, оси Zdi сонаправим с осью Z7 Тогда
положение точки, заданной в СК, связанной с i-м дальномером - dldi, и определяемое показаниями дальномера, в СК O7X7Y7Z7, связанной с горизонтальным шарниром - 7di, будет определяться как
cos а,. - sin а 0 1 cos а - sin а 0 з 1 ч"
II sin а,. cos а 0 Укг II sin а cos а 0 Укг 0
1 0 0 1 ZKi 1 0 0 1 ZKi 0
0 0 0 1 0 0 0 1 1
7d = T
где 7Tdi - матрица перехода из СК, связанной с i-м дальномером, в СК, связанную с горизонтальным шарниром,
[xki xki xki]T - радиус вектор, задающий положение i-го дальномера в СК, связанной с
(1)
ai - угол крепления i-го дальномера, li - показания i-го дальномера (расстояние от центра СК до точки Ui, на ранее уложенной трубе, лежащей на оси Xdi.
Рис. 2 . Расчетная схема для определения требуемых перемещений на основании показаний датчиков
Таким образом, были найдены положения 4-х точек поверхности ранее уложенной трубы (U для /=1...4) в СК, связанной с горизонтальным шарниром. Для упрощения
дальнейших вычислений перейдем в
декартовую СК, с центром и направлением осей совпадающими с центром и
направлением осей СК 07X7Y7Z7, связанной с
горизонтальным шарниром (коэффициенты в дальнейшем опущены). В этой системе координат известны координаты 4-х точек цилиндрической поверхности, задаваемой ранее уложенной трубой, и координаты точки Т, принадлежащей плоскости XY, и задающей положение оси укладываемой трубы.
Пусть цилиндрическая поверхность задается образующей W(ц; х; л) и
((x - x0) cosA + (y - y0)sinA)2 + ((x a2
где ХоУо - координаты центра эллипса на плоскости XY,
a, b - длинны полуосей эллипса,
A - угол поворота эллипса вокруг оси OZ [4].
направляющей F, принадлежащей плоскости OXY. Ориентация траверсы относительно ранее уложенной трубы во время действия алгоритма позволяет однозначно определить форму направляющей F в виде произвольного эллипса. Тогда уравнение направляющей представляется в виде
- Хр )(- sinA) +(у - Уо) cosA)2 = t
b , (2)
Тогда уравнение цилиндрической поверхности с направляющей F, и
образующей W(— х; Л) выражается как
((x - x0 - z —) cosA+ (у - у0 - z х) sinA)2 ((x - x0 - z —)(- sinA) + (у - у0 - z х) cosA)2
X
—
X
Л
Л
+
Л
= 1. (3)
2
2
b
a
При этом направляющая F, является проекцией на плоскость OXY окружности, построенной в плоскости с нормалью
W(— х;л) и радиусом R, равным радиусу трубы (рис. 3).
Рис. 3 . Расчетная схема для определения требуемых перемещений (проекции цилиндрической поверхности)
Тогда a,b и А, аналитически выражаются как
a = R ■ cos(Z(W;OXY)) = R• cos(arcsin(
|0 ■ — + 0 ■ X +1Л
Z2 + X2 + Л2
)) = R ■ cos(arcsin(
1
+Г
l Л
+ 1 Л
))
;(4)
2
2
2
Л
— |l-Ц + 0 • X + 0-1
b = R • cos (A(W; O7Z ))R- cos(arcsin(—, =^-)) = R- cos(arcsin(
U + x2 + 1
U
К U
+
X
К U
f
г»; (5)
+
К u
— . |0• u +1- X + о-1 .
AA = A(W; OXZ) = arcsin(—, — [) = arcsin(
l
2 , 2 , 2
U + X + 1
1
X,V ХЛ2 f^X2
).
(6)
u
К X)
+
X
К X)
+
К x)
Подставляя в уравнение (3) значение координат четырех точек U, и используя уравнения (4) - (6) была составлена система:
1
2
2
((*И1 - *0 - Z U) c0sA+ (Уи1 - Уо - Z~) SinA)2 ((*u1 - *0 - Z ~X- SinA) + (УИ1 - Уо - Z~) c0sA)
, X\ „• л \2
.X
1
1
1
1
a2 b1
((Z2 - *0 - z U) c0sA+ (УИ2 - У0 - z X) sinA)2 ((*u2 - *0 - z U)(- sinA) + (УИ2 - У0 - z X) c0sA)2
= 1
b2
= 1
((*и3 - *0 - zU) c0sA+ (УИ3 -У0 - z~) sinA)2 ((*и3 - *0 - Z ~X-sinA) + (УИ3 -У0 - z A) cosA)
11 1 1
X2
X
a2 b2
((*u4 - *0 - z U) c0sA+ (УИ4 - У0 - z X) sinA)2 ((*u4 - *0 - z U)(- sinA) + (УИ4 - У0 - z X) c0sA)2
= 1
= 1
a = R- c0s(arcsin(
b = R- c0s(arcsin(
22
1) К1
u' +|X| +1
))
1
1+1 XI +f1
A = arcsin(
1
X
U) К U 2)
u | , I 1
n 1 +1+1 '
X
(7)
2
+
2
a
2
+
2
2
b
a
1
22
2
Представленная система имеет 7
неизвестных
U X
(—, —, *0, У0, a, b, A). 1 1
Символьное решение с помощью программного продукта Mathcad показало, что система имеет 4 решения. Одно из условий использования алгоритма, то что точки U располагаются на верхней плоскости рассматриваемой цилиндрической
поверхности (датчики располагаются над трубой), позволяет исключить 2 решения, для которых точки U располагаются на нижней поверхности. Условие о том, что точки U1 и U2, U3 и U4, соответственно располагаются на противоположных четвертях цилиндрической
поверхности (датчики располагаются на противоположных сторонах трубы), позволяет исключить третье решение. Таким образом, учитывая условия использования алгоритма, представленная система имеет одно решение.
Заключение
Предложенный метод установки датчиков и преобразования их значений позволил однозначно определять положение ранее уложенной трубы в пространстве с помощью лазерных дальномеров, что позволяет синтезировать различные устройства, позволяющие повысить эффективность трубоукладки, в том числе и устройство центрирования трубы относительно ранее
уложенной. Этот подход является частью рабочего процесса устройства для центрирования труб экскаватором. В дальнейших статьях планируется описать методы планирования сглаженной траектории центрирования труб, управления экскаватора и апробирования работы устройства центрирования.
Библиографический список
1. Комаров, Е. Д. Устройство для центрирования труб / Е. Д. Комаров, А. А. Руппель // Патент на полезную модель № 139564. 2014 Бюл. №11.
2. Юревич, Е. И. Основы робототехники / Е. И. Юревич. 2-е изд. - СПб.: БхВ - Петербург, 2005. -416с.
3. Гонсалес, Р. С. Робототехника / К.С.Г. Ли; К.С. Фу; пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 620 с.
4. Яковлев, Г. Н. Геометрия: теория и ее использование для решения задач : учеб. пособие/ Г. Н. Яковлев - Минск : Альфа, 1995. - 335 с.
METHOD FOR SETTING RANGE-FINDERS ON THE EXCHANGEABLE WORKING EQUIPMENT OF EXCAVATOR FOR PIPE INSTALLATION
E. D. Komarov, A. A. Ruppel
Abstract. The article reviews the method of setting four sensors on range-finders on the exchangeable working equipment - traverse allowing uniquely to determine the position of the previously laid pipe and subsequently to automate the process of centering and lining-up of pipes. The determination of the position of the previously laid pipe is realized by
using the equation of cylindrical surface and four points obtained by means of the sensors.
Keywords: pipe installation, traverse, exchangeable working equipment, centering device, automation.
Bibliographic list
1. Komarov E. D. Device for centering pipes / E. D. Komarov, A. A. Ruppel // Patent RF for useful model № 169565.
2. Urevich E. I. Base of robotechnics / E. I. Urevich 2-nd edition - Spb.: BHV-Pitersburg, 2005. - 416 p.
3. Gonsales R. S. Robotechnic / R.S. Gonsales, K.S.G. Li, K.S. Fu; Trans from Eng. - Moscow: Mir, 1989. - 620 p.
4. Yakovlev G. N. Geometry: theories and using for solving problems / G. N. Yakovlev - Minsk: Alfa, 1995. - 335 p.
Комаров Евгений Дмитриевич - аспирант Сибирской государственной автомобильнодорожной академии (СибАДИ) г. Омск. Основное направление научной деятельности:
экскаваторы, строительные манипуляторы, системы управления, робототехника. Общее количество опубликованных работ: 11. e-mail: opengamer29@gmail. com
Руппель Алексей Алексадрович - кандидат технических наук, доцент, и.о. зав. каф. АППиЭ факультета НСТ Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: вопросы разработки,
проектирования, математического
моделирования, решение задач анализа и синтеза систем управления строительных и дорожных машин. e -mail: ruppel_aa@bk.ru
УДК 629.114:62-82:622.6
СНИЖЕНИЕ ВИБРАЦИИ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОТРАНСПОРТА
Е. А. Лысенко, А. П. Болштянский, Д. А. Кузеева, Д. В. Бирюкова
Аннотация. В статье рассматривается алгоритм поиска перечня конструктивных признаков для синтеза конструкции компрессора для нужд автотранспорта. Производится анализ существующих конструкций приводов поршневого компрессора, с целью выявления возможностей полного исключения боковых нагрузок на поршень компрессора, выделены основные конструктивные признаки данных механизмов. Приводится схема полностью динамически уравновешенного привода, не создающего боковых усилий на поршне компрессора, что дает возможность существенно снизить его виброативность и повысить ресурс работы.
Ключевые слова: пневматическая система автомобиля, поршневая машина, привод, динамика.
Введение
На сегодняшний момент поршневые компрессоры нашли широкое применение в автомобильном транспорте в качестве источника питания пневмосистем, составной
частью которых являются усилители привода сцепления и тормозные механизмы.
Однако, существующие типы
компрессоров имеют в основном кривошипношатунный привод, который создает
